機械可以實現(xiàn)各種運動，但為何機械設(shè)計卻做不到呢？
   
    盡管 3D 計算機輔助設(shè)計 (CAD) 已在機械設(shè)計行業(yè)站穩(wěn)了腳跟，但機械設(shè)計在運動模擬和分析的應(yīng)用上卻往往落后于飛機和汽車工業(yè)。即便說來已不新鮮，這種落后卻有一個合乎邏輯的原因。為解決自身產(chǎn)品所特有的一些問題，汽車和飛機制造公司充當(dāng)了應(yīng)用運動模擬技術(shù)的急先鋒。轎車、卡車和飛機的生產(chǎn)規(guī)模大、復(fù)雜性高，而汽車和飛機制造行業(yè)還要面對嚴(yán)格的政府監(jiān)管，這促使汽車和飛機制造行業(yè)開發(fā)運動模擬技術(shù)，以將它們的 CAD 技術(shù)延伸到設(shè)計流程的更高邏輯階段，從而在此過程中節(jié)約數(shù)百萬美元的原型制造成本。
   
    因此，汽車和飛機制造行業(yè)率先采用運動模擬技術(shù)有著充分的理由，但其它行業(yè)不仿效做法的理由可就有些奇怪了。如今，在家用電器、醫(yī)療設(shè)備和機床設(shè)計中應(yīng)用運動模擬已不存在任何技術(shù)、成本或復(fù)雜性上的障礙。
   
    在過去的五到七年中，運動模擬和分析軟件取得了穩(wěn)步發(fā)展，較之大多數(shù)工程師所熟悉的上一代產(chǎn)品，在價格、功能和易用性上都具有優(yōu)勢。將其作為完全集成的設(shè)計驗證要素在產(chǎn)品開發(fā)流程的每一級都發(fā)揮作用的條件已經(jīng)成熟。高質(zhì)量運動模擬和分析軟件目前的價格低于桌面 3D CAD 應(yīng)用程序，非常便于第一線工程師使用，從使用效果上看，可以達到經(jīng)過專門培訓(xùn)的分析人員在使用上一代產(chǎn)品時的最好水平。最終結(jié)果是，機械設(shè)計人員在設(shè)計流程的各個環(huán)節(jié)均可實現(xiàn)更高的精確度。在設(shè)計流程的各個環(huán)節(jié)更廣泛地應(yīng)用運動模擬軟件可以消除一些錯誤，而在原型制造階段糾正這些錯誤時需要付出高昂的代價，還可以縮短設(shè)計周期和投入市場時間。那些仍然認(rèn)為運動模擬過于復(fù)雜和耗時而拒絕采用它的工程師已經(jīng)落伍了。運動模擬技術(shù)上的進步最終將實現(xiàn)無縫設(shè)計環(huán)境，在這樣的環(huán)境中，高級數(shù)據(jù)模型的創(chuàng)建和測試同時進行，就好像它們是實際對象一樣。較之依賴實際原型的開發(fā)，在這些環(huán)境中，產(chǎn)品從設(shè)計、制造直至投入市場的周期更短，成本也更低。
   
    模擬與動畫的比較
   
    如今，大多數(shù)機械設(shè)計人員都會使用某種形式的動畫技術(shù)，這些技術(shù)內(nèi)嵌在他們的 3D 設(shè)計應(yīng)用程序中。這些工具顯示運動裝配體的嚙合情況并反映一些基本的干涉情況，但它們?nèi)鄙偻暾倪\動分析，因為它們沒有將各種裝配體零部件的質(zhì)量考慮在內(nèi)。它們顯示了運動情況，但沒有反映決定裝配體在作為實際對象時是否可以運作的基礎(chǔ)機理。
   
    真正的運動模擬使用設(shè)計主體的物理基礎(chǔ)（包括質(zhì)量）來精確地描繪它的運動情況。動畫程序的模擬運動只是以幾何位置為基礎(chǔ)，無法對重力和摩擦力這樣的力加以考慮，而這些力可以預(yù)測裝配體在實際環(huán)境中的運作情況。例如，動畫程序可以描繪機械中的一些基本運動情況，卻無法模擬機械中的齒輪、凸輪、閂鎖和力。運動模擬還可以幫助對機械正常運轉(zhuǎn)所需的啟動器或馬達做出估計。
   
    這種能力解決了工程師所面對的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一，即設(shè)法了解要確定設(shè)計主體在實際環(huán)境中的運作情況，需要對設(shè)計主體的哪些部件施加多大的試驗負載。這種模擬在工程師的 3D 實體建模環(huán)境中進行。工程師在進行實際試驗時能夠獲得哪些數(shù)據(jù)，運動模擬便可以為他們提供哪些數(shù)據(jù)，而且不必再花費時間和金錢來制造原型。當(dāng)工程師改變對裝配體施加的負載時，"假設(shè)"分析可以為其提供即時反饋來反映某些情況：例如，使用較粗的彈簧產(chǎn)生的力過大，因此應(yīng)減小彈簧的粗度。以這些結(jié)果為基礎(chǔ)修改 3D 實體模型時，幾乎不會增加時間或成本，并可減少使設(shè)計主體符合成品要求所需制造的原型數(shù)量。如果沒有這種功能，公司將不得不建立實際原型，為其連接上各種傳感器，運行它來產(chǎn)生數(shù)據(jù)，然后再對這些數(shù)據(jù)進行分析。如果分析在此時揭示了某些缺陷，則意味著必須重新切割模具。顯然，這樣做的成本要比在模擬環(huán)境中進行調(diào)整高得多。
   
    這些功能并不是什么新功能。如今，公路上行駛的、天空中飛行的每個交通工具中的每個裝配體都經(jīng)過大強度的運動分析，而且早在只需為一種原型切割一個模具前便是如此。相對而言，稱得上新的是這種技術(shù)的可獲得性。直到大約七年前，高級運動模擬軟件的價格還高達數(shù)萬美元，而且只能在高性能的工作站上運行。如今，每套軟件的價格只有幾千美元，而且在普通桌面計算機上就可以運行。除了可獲得性不斷得到提升外，運動模擬軟件在其歷來見長的易用性上也更進一步。桌面計算機處理能力的提高和更為直觀的用戶界面將設(shè)置和運行運動模擬所需的時間從數(shù)小時縮短到只有幾分鐘。在過去，工程師需要花費幾個小時來設(shè)置模擬，而運行模擬則要持續(xù)一整夜；現(xiàn)在，他們可以在一天內(nèi)完成模擬的設(shè)置和運行。
   
    這種集高速度、低成本、簡易性和精確度于一身的優(yōu)點使得各公司可以在設(shè)計周期的各個環(huán)節(jié)執(zhí)行運動分析，從而實現(xiàn)了設(shè)計和分析的同步進行。在使用前幾代的產(chǎn)品時，為適應(yīng)漫長的測試期，必須降低設(shè)計工作的速度或停止設(shè)計工作。盡管這種測試模式可以在原型制造階段前發(fā)現(xiàn)問題，但與在設(shè)計流程中進行全程測試相比，在成本效益上仍有差距。隨著設(shè)計的進行，問題會混雜在一起。與在設(shè)計周期早期發(fā)現(xiàn)的問題相比，在設(shè)計周期晚期發(fā)現(xiàn)的問題的"連鎖反應(yīng)"更大，因為它們會影響相關(guān)的裝配體。
   
    結(jié)合機械設(shè)計的三大領(lǐng)域
   
    機械設(shè)計以三項功能為中心：創(chuàng)建設(shè)計主體、對其結(jié)構(gòu)進行測試和對其運作進行測試。實現(xiàn)這三項功能的技術(shù)分別是 3D 機械設(shè)計軟件、采用有限元分析 (FEA) 的設(shè)計驗證軟件和運動模擬軟件。如今，3D 機械設(shè)計和 FEA 軟件往往集成在一個軟件包內(nèi)，運動模擬仍被看做是附加軟件包。在五年內(nèi)，使用集成的 3D 設(shè)計、FEA 及運動模擬環(huán)境的公司就會看到市場份額的增加和生產(chǎn)成本的降低。由于成本和復(fù)雜性因素不復(fù)存在，并且機械設(shè)計公司已經(jīng)擁有了 3D 機械設(shè)計和 FEA 能力，它們沒有合理的理由不將運動模擬和分析整合到其設(shè)計流程中。如果機械設(shè)計公司客觀地看待運動分析，而不是只將它們當(dāng)作漂亮的圖片，則其具有的成本和投入市場時間優(yōu)勢便具備了令人無法忽視的說服力。